Stimmt diese Kühlkörperberechnung?

hmm...wie berechnet ihr denn, den nötigen Kühli für eure Amps?

Hallo,

ich will mich deiner mal annehmen.

Die Berechnung für die Verlustleistung ist fast ok, rechnen wir gerundet mal mit 42W, da ist denn der Treiber auch mit dabei. Diese Leistung fällt nun jeweils auf der NPN und PNP Seite an! Insgesamt also rund 84 W!

Edit:
Mit fast ok meine ich nur die erste Berechnung für das Integral. Der Rest deiner Annahmen / Berechnungen sind falsch.

Eigentlich zäumt man normalerweise das Pferd anders rum auf.

Nötige Angaben (Transitor Datenblatt):
-Derate
-Pmax
-RθJC
-Tjmax

Für den nötigen Kühlkörper musst du nun festlegen, wie heiß die Sperrschicht maximal werden darf. Entsprechende (erlaubte)Werte findest du im Datenblatt unter der Degradation Kurve. Ich will für weitere Berechnungen beispielhaft den MJL3281A verwenden:
An einem Transistor fallen 84W / 4 = 21W ab.
Die maxmiale Sperrschichttemperatur ist mit 150°C angegeben, bei ihr muss die Verlustleistung null sein. Die Temperatur, bei der die Sperrschicht noch genau 21W verträgt, berechnet sich zu:

Tmax = (Pmaxtransistor - Pverlust) / Derate

Pmax ist die maxmimale Verlustleistung des Transistors, hier 200W. Pverlust ist 21W, Derate ist im Datenblatt mit 1.43 W/°C angegeben. Damit ergibt sich eine maximale erlaubte Sperrschichttemperatur von 125°C (bei 21W Belastung). Mit ein wenig Sicherheitsreserve würde ich 100 bis 110°C wählen. (Je kühler der Chip, desto länger lebt er. Einige Grad können schon viel ausmachen, da die Lebensdauer eine Exponentialfunktion mit der Temperatur ist).

Der Kühlkörper berechnet sich nun zu:

Rthk = (Tmax - Tamb) / Pverlust - (RθJC + Riso + Rpaste)

Tamb ist die zu erwartende Umgebungstemperatur, also überlicherweise rund 25°C. RθJC ist der Wärmewiderstand vom Chip zum Gehäuse. Dieser Wert ist im Datenblatt mit 0.625 K/W angegeben. Für Riso + Rpaste müssen nun Herstellerangaben benutzt werden. Übliche Werte für Glimmer mit Wärmeleitpaste liegen zwischen 0,40 - 0,90 K/W. Als Berechnungsgrundlage wollen wir 0.65 K/W (Mittelwert) annehmen. Da wir aber nun 4 Transistoren haben, ergibt sich der Gesamtwärmewiderstände als Parallelschaltung der einzelnen Wärmewiderstände.
Der Gesamtwiderstand beträgt dann (0.625 + 0.65) / 4 = 0.32 K/W.

Mit diesen Überlegungen ergibt sich:

Rthk = (110-25)/84 - (0.32) = 0.69 K/W. Ein solcher Kühlkörper reicht also aus, um den Verstärker bei einer Verlustleistung von 84W zu kühlen.
Dein Kühlkörper wird sich um 0.69K/W * 84W = 58K erwärmen. Das entsprechen rund 83°C. Das setzt aber eine dauerhafte Belastung voraus (reiner Sinus).


Optimierungen:
Transitoren mit geringem RθJC wählen (der MJL3281A ist da schon ziemlich gut), anstatt Glimmer Kapton oder Aluminiumoxid nehmen. Da liegen typische Werte zwischen 0,2 bis 0,6 K/W. Bei diversten Konstruktionen (CFP als Ausgangstransistoren) kann die Isolation komplett entfallen.
Die Abschätzung war eher etwas pessimischtisch, klar könnte man auch einen kleineren Kühler nehmen, die maximale Sperrschichttemperatur voll ausnutzen. Man geht davon aus, dass der Amp fast nie seine volle Verlustleistung bringt (bei Musik sehr realistisch). Wenn du auch noch eine Übertemperatursicherung vorsiehst, wird ein KK von 1,1 K/W bestimmt noch funktionieren.

Grüße
Stefan

Gibt es eine Faustregel, wie sich das Kühlvermögen eines KK ändert, wenn man ihn mit einem Lüfter betreibt?
Man könnte ja einen NTC verwenden und den Lüfter per Schmitt-Trigger mit Hysterese bei hoher Temperatur einschalten. Man könnte das ganze dann so dimensionieren, dass bei Zimmerlautstärke die Temperatur unter der Einschalttemperatur liegt und der Lüfter nur bei hoher Belastung aktiviert wird.

Hallo!

Gibt es eine Faustregel, wie sich das Kühlvermögen eines KK ändert, wenn man ihn mit einem Lüfter betreibt?

Vermutlich nicht.
Ich befürchte, dass schon die 1.1 K/W schon bei idealen Bedingungen gemessen sind. Also z.b. völlig frei, ideale Konvektionsbedingungen. Das ist natürlich in der Praxis eh nicht der Fall. Die Gehäuseschlitze dürften die Konvektion spürbar reduzieren.
Es hängt natürlich vom Luftstrom des Lüfters ab. Aber wenn der LÜfter kräftig bläst, sinkt die Kühlertemperatur erheblich.

Gruß
Bernhard

Gibt es eine Faustregel, wie sich das Kühlvermögen eines KK ändert, wenn man ihn mit einem Lüfter betreibt?

Doch, die gibt es. Die Angaben stammen von Fischer Elektronik:
Der Wärmewiderstand bei forcierter Kühlung errechnet sich:

Rthf = a * Rth



Der Paramter a ist ein Proportionalitätsfaktor in Abhängigkeit des Luftstroms. Der Luftstrom ist in Metern / Sektunde über das komplette Kühlprofil angegeben. Wie man nun anschätzt, wie schnell der Luftstrom ist, der von einem Lüfter erzeugt wird, ist mir auch nicht ganz klar.
Ich könnte mir aber vorstellen, dass ein Luftstrom von 1-1.5 m/s (entsprechen 3,6 bis 5,4 km/h) mit einem Lüfter (80x80 bis 120x120) schon zu erreichen ist. Und in diesem Bereich sinkt der Wärmewiderstand schon fast auf die Hälfte!

Bei Kühlung durch Konvektion ist auch auf den Einbau des KK zu achten. Ein Kühler, dessen Kühlrippen waagerecht anstatt von senkrecht eingebaut werden, erreicht nur noch rund 80% seiner ursprünglichen Kühlleistung. Der Wärmewiderstand erhöht sich rund um den Faktor 1,15 bis 1,20.
Neben dem Einbau spielt auch die Farbe eine Rolle. Ein schwarz eloxiertes Profil kann mehr Wärme abgeben. Naturfarbene Profile haben einen rund 1,10- bis 1,15-fach schlechten Wärmewiderstand als ein gleiches eloxiertes.

Grüße
Stefan

Hallo!

man nun anschätzt, wie schnell der Luftstrom ist, der von einem Lüfter erzeugt wird, ist mir auch nicht ganz klar.

Vernünftig geht das nur im Ansaugkanal von einem Lüfter.
Da wo der Lüfter "hinbläst" ist die Luft völlig verwirbelt.
Es läßt sich praktisch keine Luftgeschwindigkeit angeben.

Gruß
Bernhard

Hallo,
Wirbel sind zwar schlecht für den Lärm, aber gut für den Wärmeübergang bzw. die Wärmeverteilung im Kühlmedium selbst (Luft). Deshalb also gut verwirbeln oder gleich geschäumte Kühlkörper ähnlich S. 22 nehmen/basteln, die verwirbeln selbsttätig (nicht wahr, Zückli? )

Stampede schrieb:

Hallo, ich will mich deiner mal annehmen.

Vielen Dank für die detaillierte Beschreibung. Bin froh, dass mir die Berechnung mal an einem Beispiel gezeigt wurde.

Hallo,

crigri schrieb:

hmm...wie berechnet ihr denn, den nötigen Kühli für eure Amps?

ich gebe dir mal einen Link dazu:
http://www.diyaudio....stid=40474#post40474